(57)【要約】【課題】膜厚を薄くしても、熱伝達性の低い遮熱膜を短時間に、且つ塗布するだけの容易な方法で製造することができる遮熱膜の製造方法、遮熱膜、及び内燃機関を提供する。【解決手段】溶剤に耐熱性樹脂１３を溶かし込み、耐熱性顔料１４を混合した耐熱塗料１２ａの内部に外部から導入した空気、又は耐熱塗料１２ａの蒸気をマイクロバブル化して、分散し、被塗布物１にマイクロバブル１１を内包する耐熱塗料１２ａを塗布して、遮熱膜１０を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被塗布物に塗布された塗膜で形成された遮熱膜の製造方法において、塗料の内部にマイクロバブルを分散し、前記塗料を前記被塗布物に塗布して、前記マイクロバブルを内包する前記塗膜を形成することを特徴とする遮熱膜の製造方法。
【請求項２】
外部から導入した空気を、又は前記塗料を減圧して発生させた蒸気を、マイクロバブル化して、前記塗料の内部に、直径が５０μｍ以下の前記マイクロバブルを分散することを特徴とする請求項１に記載の遮熱膜の製造方法。
【請求項３】
溶剤に耐熱性樹脂を溶かし込み、前記溶剤に耐熱性顔料を混合した耐熱塗料に、前記マイクロバブルを分散することを特徴とする請求項１又２に記載の遮熱膜の製造方法。
【請求項４】
被塗布物に塗布された塗膜で形成された遮熱膜において、前記塗膜がマイクロバブルを内包することを特徴とする遮熱膜。
【請求項５】
前記塗膜の膜厚を１００μｍ以下に形成すると共に、前記マイクロバブルを、直径が５０μｍ以下の空気、又は塗料の蒸気で形成することを特徴とする請求項４に記載の遮熱膜。
【請求項６】
燃焼室の内壁を含むピストン頂面部の少なくとも一部に、請求項４又は５に記載の遮熱膜を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
前記燃焼室の周囲の、シリンダヘッドの下面、排気バルブの下面、及び吸気バルブの下面の少なくとも一つに、請求項４又は５に記載の遮熱膜を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
エキゾーストマニホールド、排気管、インレットマニホールド、及び吸気管の少なくとも一つに、請求項４又は５に記載の遮熱膜を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝達を低下する遮熱膜の製造方法、遮熱膜、及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費の向上を図るためには、内燃機関の熱効率を向上させることが有効である。内燃機関の熱効率を向上するためには、燃焼中に発生した熱を逃がさない構造が必要となる。つまり、燃焼室の内壁を、熱伝導率の小さい、つまり断熱性、又は遮熱性の高い構造で形成することである。
【０００３】
そこで、熱伝導率の低いセラミックを用いる所謂セラミックエンジンと呼ばれるものがある。例えば、ピストンの頂面部をセラミックで形成し、ピストン本体と空気の隙間を設けて取り付けるエンジンや、セラミックスをコーティングしたエンジンもしくは燃焼室そのものをセラミックスで構成するエンジンである。
【０００４】
しかし、セラミック部分の熱容量が大きく、吸気行程中も温度が高いため、充填効率が上がらずに却って燃費が悪化してしまうという問題がある。また、セラミック自体が高価で、加工が容易ではないため、コストが高いという問題もある。
【０００５】
そこで、遮熱層を内燃機関の燃焼室の内壁などに形成することで、燃焼室内の燃焼ガスからの熱伝達を低下させて熱効率を向上させる装置がある（例えば、特許文献１又は２参照）。これらの装置は、遮熱層内の空孔率を増加させることで、空気の熱伝導率が比較的小さいことを利用して、遮熱層の遮熱性、又は断熱性を向上するものである。
【０００６】
特許文献１に記載の装置では、遮熱膜を陽極酸化皮膜で形成し、その形成時に電解質および金属の種類、温度や電圧等の条件により膜内にポーラスと呼ばれる孔を発生させて、空孔率を増加させている。また、特許文献２に記載の装置では、断熱材に球状メソポーラスシリカ粒子を混入して空孔率を増加させている。
【０００７】
しかしながら、これらの方法は、特別な材料を用いた、又は複雑な施工が必要である上に、施工に時間がかかるため、安価に大量生産することができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４９００８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５２６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、膜厚を薄くしても、熱伝達性の低い遮熱膜を、塗料を塗布するだけの容易な方法で短時間に製造することができる遮熱膜の製造方法、遮熱膜、及び内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を解決するための本発明の遮熱膜の製造方法は、被塗布物に塗布された塗膜で形成された遮熱膜の製造方法において、塗料の内部にマイクロバブルを分散し、前記塗料を前記被塗布物に塗布して、前記マイクロバブルを内包する前記塗膜を形成することを特徴とする方法である。
【００１１】
ここでいうマイクロバブルとは、直径５０μｍ以下の微細な気泡のことであり、通常の気泡に比べ液中での上昇速度が遅く、長い期間液中に滞在し続け、且つ、負に帯電し、マイクロバブル同士が反発し合い、気泡濃度が減ることがないという性質を持つものである。
【００１２】
この方法によれば、このマイクロバブルを内包させることで、遮熱膜中の空孔率が増加するため、膜厚を薄くしても遮熱性を向上することができる。また、マイクロバブルはその性質上、耐熱塗料中に略均一に分散するので、容易に均一化することができる。
【００１３】
また、膜厚を薄く形成しても、塗料内にマイクロバブルを分散して、塗布することにより熱伝導性の低い遮熱膜を短時間に製造することができる。そして、塗料にマイクロバブルを分散し、塗布するだけで製造することができ、安価に短時間に大量生産することができる。
【００１４】
また、上記の遮熱膜の製造方法において、外部から導入した空気を、又は前記塗料を減圧して発生させた蒸気を、マイクロバブル化して、前記塗料の内部に、直径が５０μｍ以下の前記マイクロバブルを分散すると、容易に塗料中にマイクロバブルを分散することができる。このマイクロバブルは、マイクロバブル発生装置に導入した空気を、又は塗料を減圧した際に発生する塗料の蒸気を、気液せん断法、加圧減圧法、又は超音波法などによりマイクロバブル化する。直径が５０μｍ以下のマイクロバブルは、その性質上、塗料の内部に均一に分散するので、容易に塗膜の空孔率を向上すると共に、空孔を略均一に分散することができる。
【００１５】
加えて、上記の遮熱膜の製造方法において、溶剤に耐熱性樹脂を溶かし込み、前記溶剤に耐熱性顔料を混合した耐熱塗料に、前記マイクロバブルを分散すると、一般的に耐熱性は高いが、遮熱性が低い耐熱塗膜にマイクロバブルを内包させることで、遮熱性を向上することができる。これにより、内燃機関などに適用することができる遮熱膜を製造することができる。
【００１６】
なお、耐熱塗料とは、一般の塗料では使用できない温度、約２００度以上高温でも使用することができる塗料であり、主に耐熱性樹脂及び耐熱性顔料で構成され、溶剤に耐熱性樹脂が溶け込み、耐熱性顔料が浮遊するものである。さらに、ガラス粉末や粘土などを混入したものもあり、混入物がある場合は、ある程度の遮熱効果を有するものもある。一般的には、この耐熱塗料は、耐熱効果は高いが、遮熱効果が低い塗料であり、マイクロバブルを内部に分散させることで、耐熱効果が高く、且つ遮熱効果も高い塗料にすることができる。
【００１７】
また、上記の問題を解決するための遮熱膜は、被塗布物に塗布された塗膜で形成された遮熱膜において、前記塗膜がマイクロバブルを内包して構成される。この構成によれば、塗膜中に略均一に分散したマイクロバブルが、塗膜内部の空孔率を向上することができるので、熱伝導性を低下することができる。また、マイクロバブルを内包した塗料を塗布するだけでよく、容易に製造することができる。
【００１８】
加えて、上記の遮熱膜において、前記塗膜の膜厚を１００μｍ以下に形成すると共に、前記マイクロバブルを、直径が５０μｍ以下の空気、又は塗料の蒸気で形成すると、遮熱膜の熱容量を低減すると共に、遮熱性を向上することができる。また、塗料にマイクロバブルを分散し、塗布するだけで製造することができるので、膜厚が薄い且つ遮熱性の高い遮熱膜を短時間で、容易に製造することができる。
【００１９】
マイクロバブルの直径は、マイクロバブルの特性が表れる５０μｍ以下で、１μｍより大きく、好ましくは気泡個数が数百個／ｍＬとなる３０μｍ以下の所謂低濃度型のマイクロバブルがよく、より好ましくは気泡個数が数千個／ｍＬとなる１０μｍ以下の所謂高濃度型のマイクロバブルがよい。
【００２０】
例えば、塗料に耐熱塗料を用いると、遮熱膜の耐熱性を向上することができるので、内燃機関などに適用することができる。また、上記の遮熱膜は、マイクロバブルを内包した耐熱塗料を塗布するだけで形成することができるので、被塗布物の材質や形状を問わず、様々な場所に用いることができる。
【００２１】
加えて、上記の問題を解決するための内燃機関は、燃焼室の内壁を含むピストン頂面部の少なくとも一部に、上記に記載の遮熱膜を備えて構成される。この構成によれば、燃焼室内で発生した熱をピストン本体に伝達することを防ぐことができるので、冷却損失を減らすことができる。これにより、燃費を向上することができる。
【００２２】
一方、上記の問題を解決するための内燃機関は、前記燃焼室の周囲の、シリンダヘッドの下面、排気バルブの下面、及び吸気バルブの下面の少なくとも一つに、前記遮熱膜を備えて構成される。この構成によれば、前述と同様に、燃焼室内で発生する熱を外部に伝達することを防ぐことができる。
【００２３】
さらに、上記の問題を解決するための内燃機関は、エキゾーストマニホールド、排気管、インレットマニホールド、及び吸気管の少なくとも一つに、前記遮熱膜を備えて構成される。この構成によれば、吸入空気が加熱されることを防ぎ、また排ガスが冷却されることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、膜厚を薄くしても、熱伝達性の低い遮熱膜を、塗料を塗布するだけの容易な方法で短時間に製造することができる。また、遮熱膜にマイクロバブルを内包させることで、遮熱膜内に均一な空孔を容易に分散でき、且つ膜厚を薄く形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態の遮熱膜を示した断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の遮熱膜を製造する装置を示した構成図である。
【図３】本発明に係る第２の実施の形態の遮熱膜を製造する装置を示した構成図である。
【図４】本発明に係る第３の実施の形態の遮熱膜を製造する装置を示した構成図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の遮熱膜の製造方法、遮熱膜、及び内燃機関について、図面を参照しながら説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。特に、膜厚に関しては、５０μｍ〜１００μｍと非常に薄いものであるが、図面では分かり易い大きさで記載している。
【００２７】
まず、本発明に係る実施の形態の遮熱膜について、図１を参照しながら説明する。遮熱膜１０は、マイクロバブル１１を内包する耐熱塗膜１２であり、耐熱性樹脂１３が溶け込
んだ溶剤（以下、溶剤という）と、耐熱性顔料１４とからなる耐熱塗料にマイクロバブル１１を分散してから、被塗布物１に塗布したものが乾燥したものである。この遮熱膜１０は、燃焼部２からの熱を遮熱するものである。
【００２８】
この遮熱膜１０は非常に薄い膜であり、膜厚ｈは６００μｍ以下の厚さが好ましく、５０μｍ〜１００μｍの厚さがより好ましい。膜厚ｈを薄くすると、例えば、燃焼室の内壁に成膜する場合に、熱容量を低減することができる。遮熱膜１０を遮熱効果が低下しない程度、且つ熱容量が増加しない程度の厚さに形成することで、熱容量の増加による体積効率の低下を防ぎ、熱エネルギーが溜まることで発生する、燃焼室内の温度が上がり次行程で新気が入らなくなるという問題を解決することができる。
【００２９】
マイクロバブル１１は、微細な気泡のことであり、その直径ｒが５０μｍ以下、１μｍより大きい気泡のことである（直径ｒが１μｍ以下の気泡をナノバブルという）。気泡の直径ｒが５０μｍ以下になると、以下のような性質を持つ。
【００３０】
マイクロバブル１１は、気泡体積が微細であるため、液中を上昇する速度が遅く、通常の気泡と比較して長い間、液中に滞在するという性質を持つ。例えば、直径ｒが１０μｍの気泡は一分間に３ｍｍ程度の上昇しかしない。
【００３１】
また、マイクロバブル１１は、コロイドとしての側面があり、負に帯電している。このため、マイクロバブル１１同士は液中で反発し合う。この性質のため、マイクロバブル１１同士の結合が無く、気泡濃度が減ることがない。加えて、この性質のため、マイクロバブル１１は、液中に均一に拡散するという性質も持つ。
【００３２】
上記の遮熱膜１０は、耐熱塗膜１２内に、５０μｍ以下のマイクロバブル１１を、好ましくは３０μｍ以下の所謂低濃度型マイクロバブル１１を、より好ましくは１０μｍ以下の所謂高濃度型マイクロバブル１１を内包する。より小さいマイクロバブル１１の方が、液中での上昇速度が遅くなるため、好ましい。
【００３３】
この遮熱膜１０は、耐熱塗膜１２がマイクロバブル１１を内包するので、耐熱塗膜１２内の空孔率を高めて、燃焼部２からの熱伝導性を低下させることができる。これにより、膜厚ｈを薄く形成しても、マイクロバブル１１を内包させることで、熱伝達性を低下して、遮熱することができる。また、マイクロバブル１１は、その性質上、液中に均一に拡散するため、容易に遮熱膜１０内に均一に分散させることができる。
【００３４】
次に、本発明に係る実施の形態の遮熱膜の製造方法について、図２、図３、及び図４を参照しながら説明する。上記の遮熱膜１０の製造方法は、マイクロバブル１１を分散させた耐熱塗料１２ａを、被塗布物１に塗布する方法である。
【００３５】
まず、図２に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の遮熱膜の製造方法で用いる製造装置２０は、塗料混合槽２１と、マイクロバブル発生装置２２を備える。また、マイクロバブル発生装置２２は、耐熱塗料吸入管２３、空気吸入管２４、及び耐熱塗料排出管２５を備える。
【００３６】
次に、上記の製造装置２０を用いて、被塗布物１に遮熱膜１０を塗布する方法について説明する。なお、この実施の形態では、耐熱塗料１２ａとして、溶剤（例えば、石油系混合溶剤など）に、耐熱性樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）１３を溶かし込み、そこに耐熱性顔料（例えば、無機顔料など）１４を混合して、２００℃〜７００℃の温度に耐えるものを用いる。
【００３７】
まず、塗料混合槽２１に注入した溶剤に耐熱性樹脂１３を溶かし込み、その溶剤に耐熱性顔料１４を混合し、耐熱塗料１２ａを製造する。
【００３８】
次に、塗料混合槽２１に注入した耐熱塗料１２ａを、耐熱塗料吸入管２３からマイクロバブル発生装置２２に吸入する。次に、マイクロバブル発生装置２２内で耐熱塗料１２ａに、空気吸入管２４から導入した空気を、気液を攪拌する方法、又は気液二相流旋回法などの周知の技術の気液せん断法によりマイクロバブル１１を分散する。次に、このマイクロバブル１１を内包した耐熱塗料１２ａを耐熱塗料排出管２５から塗料混合層２１へ戻す。
【００３９】
塗料混合槽２１内の耐熱塗料１２ａに十分にマイクロバブル１１が分散した状態になると、次に、スプレー塗装、刷毛塗り、ローラー塗り、及びスクリーン印刷などの周知の技術の塗布方法を用いて、耐熱塗料１２ａを被塗布物１に塗布する。耐熱塗料１２ａが乾燥し、溶剤が蒸発して、耐熱塗膜１２を形成すると、この製造方法は完了する。
【００４０】
マイクロバブル１１を内包することで、耐熱塗膜１２の表面に凹凸があるようであれば、マイクロバブル１１を分散しない耐熱塗料１２ａを再度、表面に塗布して仕上げてもよい。これにより、表面の凹凸を埋め、表面を滑らかにすることができる。
【００４１】
上記の方法によれば、マイクロバブル１１を内包した薄い膜厚の遮熱膜１０を、耐熱塗料１２ａを被塗布物１に塗布するだけで、短時間に形成することができる。これにより、自動車用エンジンなどの大量生産品に容易に適用することができる。
【００４２】
また、マイクロバブル１１がその性質上、耐熱塗料１２ａの内部に略均一に分散するので、容易に遮熱膜１０の内部の空孔を略均一に分散することができる。加えて、耐熱塗料１２ａを塗布するだけで、遮熱膜１０を形成することができるので、遮熱膜１０を容易に製造することができる。さらに、被塗布物１の材質を問わずに、遮熱膜１０を形成することができる。
【００４３】
次に、本発明に係る第２の実施の形態の遮熱膜の製造方法について、図３を参照しながら説明する。この製造装置３０は、第１の実施の形態の製造装置２０のマイクロバブル発生装置２２に換えて、空気を吸入しないマイクロバブル発生装置３１を備える。
【００４４】
よって、第２の実施の形態の製造方法は、塗料混合槽２１から耐熱塗料１２ａを耐熱塗料吸入管３２からマイクロバブル発生装置３１に吸入する。次に、マイクロバブル発生装置３１の内部で耐熱塗料１２ａを減圧し、それに伴い発生する耐熱塗料１２ａの蒸気を周知の技術の気液せん断法、加圧減圧法、又は超音波によりマイクロバブル化し、耐熱塗料１２ａ内にマイクロバブル１１を分散する。
【００４５】
次に、このマイクロバブル１１を内包した耐熱塗料１２ａを耐熱塗料排出管３３から塗料混合槽２３へ戻す。次に、前述と同様に、耐熱塗料１２ａを被塗布物１に塗布すると、マイクロバブル１１を内包した薄い膜厚の遮熱膜１０を、短時間に形成することができる。
【００４６】
上記の方法は一例であり、周知の技術のマイクロバブル発生装置２２、又は３１を用いて、耐熱塗料１２ａにマイクロバブル１１を分散させて、マイクロバブル１１を内包した耐熱塗塗料１２ａを被塗布物１に塗布することができればよい。
【００４７】
また、例えば、上記のマイクロバブル発生装置２２又は３１を用いずに、容器内（密閉した塗料混合槽でもよい）の耐熱塗料１２ａを加圧して、空気などの気体を溶解し、過飽
和になった耐熱塗料１２ａを減圧して、耐熱塗料１２ａ内にマイクロバブル１１を発生させる方法もある。
【００４８】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の遮熱膜の製造方法について、図４を参照しながら説明する。この製造方法に用いる製造装置４０は、第１の実施の形態の製造方法のマイクロバブル発生装置２２に換えて、耐熱塗料１２ａに空気を混合し、マイクロバブル１１を分散しながら、耐熱塗料１２ａを被塗布物１に噴射するマイクロバブル発生装置４１を備える。
【００４９】
このマイクロバブル発生装置４１は、耐熱塗料吸入管４２、空気吸入管４３、噴射口４４、及び耐熱塗料１２ａを汲み上げるポンプ４５を備える。このマイクロバブル発生装置４１は、耐熱塗料１２ａにマイクロバブル１１を混入しながら分散して、噴射することができればよく、上記の構成に限定しない。
【００５０】
この構成によれば、予め耐熱塗料１２ａにマイクロバブル１１を分散する必要がなく、塗布する際に分散させるので、遮熱膜１０の製造を短時間に行うことができる。また、マイクロバブル発生装置４１の空気吸入管４３を塞ぐだけで、耐熱塗料１２ａ内のマイクロバブル１１の有無を選択することができ、通常の耐熱塗料１２ａとしても使用することができるので、前述した表面の仕上げを容易に行うことができる。
【００５１】
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関について、図５を参照しながら説明する。ここでは、図１に示した被塗布物１をエンジン５０、また、燃焼部２を燃焼室５４ａとする。図５に示すように、エンジン５０は、シリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とを備え、シリンダボア５３、ピストン５４、インジェクタ５５、排気路５６、排気バブル５７、吸気路５８、及び吸気バルブ５９を備える。
【００５２】
このエンジン５０は、上記に記載の遮熱膜１０を、ピストン５４の上面に形成された燃焼室５４ａの内壁を含む、ピストン頂面部５４ｂの表面に備える。この構成によれば、燃焼室５４ａで発生した熱をピストン本体５４ｃに伝達することがないので、冷却損失を減らして、燃費を向上することができる。
【００５３】
また、例えば、ピストン５４を、それぞれ別体の燃焼室５４ａを有する上部構造体と、コンロッドシャフトと接合される下部構造体とを接合して形成したものを用いる場合は、上部構造体の全表面に遮熱膜１０を設けると、より冷却損失を減らすことができる。
【００５４】
加えて、燃焼室５４ａからの冷却損失を減らすために、遮熱膜１０を、燃焼室５４ａの周囲に配置する。詳しくは、シリンダヘッド５２の下面、排気バルブ５７の下面、及び吸気バブル５９の下面に備える。
【００５５】
この構成によれば、燃焼室５４ａ内で発生する熱が、燃焼室５４ａの外部に伝わることを抑制することができるので、冷却損失を減らして、燃費を向上することができる。また、遮熱膜１０はエンジン５０の構成部材に塗布するだけで、容易に形成することができ、短時間で大量に製造することができる。この実施の形態では、遮熱膜１０を上記のように設けたが、燃焼室５４ａの周囲の構成部材の少なくとも一つに設けてもよい。
【００５６】
その上、遮熱膜１０を、排気路５６のエキゾーストマニホールド５６ａ及び排気管５６ｂと、吸気路５８のインテークマニホールド５８ａ及び吸気管５８ｂのそれぞれの内壁に設けると、吸入空気を加熱することなくエンジン５０へ供給し、排ガスの温度を高温のままＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）などの排ガスの後処理装置へ供給することができる。
【００５７】
本発明の遮熱膜１０は、膜厚の薄い、且つ遮熱効果の高い耐熱塗膜であり、エンジン５０に限定せず、様々な装置に適用することができる。例えば、タービンや建築材などにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の遮熱膜の製造方法は、膜厚を薄くしても、熱伝達性を低下して、遮熱することができる遮熱膜を短時間に、且つ容易な行程で製造することができるので、特に、大量生産される車両に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  被塗布物
２  燃焼部
１０  遮熱膜
１１  マイクロバブル
１２  耐熱塗膜
１２ａ  耐熱塗料
１３  耐熱性樹脂
１４  耐熱性顔料
２０、３０、４１  製造装置
２２、３１、４１  マイクロバブル発生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013189960.tif 000007